Изучение вещественного состава и цвета морен является фундаментом литологического анализа, но эти методы имеют и свои ограничения, главным образом из-за сложности геологического строения гор. В результате не всегда удается сопоставить между собой вещественный состав морен, расположенных даже в соседних долинах. Наилучшие возможности для анализа состава морен открываются в тех случаях, когда ледник пересекает несколько разнородных геологических структур. Напротив, наименее ценная информация извлекается при однородном геологическом строении трога (на Кавказе, например, есть троги, целиком заложенные в глинистых сланцах).
Надо сказать, что вещественный состав морен не говорит о том, как разрушается ледниковое ложе, перемещаются и в дальнейшем откладываются обломки в ледниках. Здесь на помощь исследователю приходят структурные методы, характеризующие внешние признаки материала морен: размеры и форму частиц, характер их поверхности и количественное соотношение отдельных компонентов.
Набор структурных методов довольно широк. Остановимся лишь на некоторых из них. Хорошие результаты для выявления условий формирования морен дает гранулометрический анализ. Давно известно, что морены состоят из частиц разной размерности, но важно знать их соотношение. Даже просеивание на простых ситах без последующего взвешивания убеждает, что мелкозем горных морен в основном состоит из гравия и песка, тогда как более тонких частиц мало. Отсюда можно сделать вывод, что в горных ледниках моренный материал в большей степени образуется за счет дробления пород ложа, чем за счет их истирания. Однако для более обоснованных заключений требуется тщательное изучение гранулометрических спектров морен на массовом материале.
Еще более простой, но довольно эффективный метод заключается в измерении формы камней. Массовые замеры осей обломков с последующей статистической обработкой данных открывают путь для познания гляциологических обстановок. В этой связи интересно заметить, что валуны, испытавшие ледниковую обработку, по форме сходны с кристаллами льда в придонных слоях ледников. Изучая камни, особое внимание следует уделять таким специфическим следам пребывания в движущемся льду, как штрихи, борозды, шрамы, сколы. Нередко камни в моренах имеют четкую форму утюга. Учет числа их тоже может стать источником важной информации.
Было бы неверно сводить структурные методы только к простым измерениям. Применение электронной микроскопии позволило обнаружить мельчайшие проявления ледниковой обработки на поверхности кварцевых и гранатовых зерен. Выяснилось также, что зерна минералов в моренах имеют определенную упорядоченность и развернуты длинными осями по направлению движения льда в ледниках. Однако такой микроскопический анализ шлифов из монолитов моренного мелкозема скорее относится к текстурным исследованиям.
Массовые данные по текстуре морен можно получить путем анализа ориентировки удлиненных обломков прямо в экспедиции. На горизонтальных площадках в глубоких шурфах отыскивают камни, у которых длина не менее чем вдвое превышает ширину. Сами замеры ориентировки осуществляются с помощью горного компаса по семи параметрам, а результаты представляются на циклограммах, точно передающих положение обломков в пространстве.
То, что камни в моренах распределены не случайно, было известно еще в конце прошлого века. Накопленные к настоящему времени массовые данные показали, что удлиненные обломки преимущественно ориентированы по направлению движения льда. В последние годы появились данные о том, что совпадение ориентировки галек с ведущим направлением движения льда свойственно главным образом основным моренам, которые формируются непосредственно под движущимся льдом и не подвергаются последующему переотложению.
В горных районах, где направление движения ледников четко контролируется простиранием долин, данные по ориентировке можно непосредственно использовать, чтобы выяснить особенности отложения камней из ледников. На Центральном Кавказе мы проводили текстурные исследования в самом мореносодержащем льду и в разнотипных моренах (рис. 12).
На первых порах нас насторожило, что почти повсеместно в отложенных моренах обломки располагались согласно направлению движения ледника, а построенные циклограммы были настолько убедительны, что могли украсить любой учебник. Конечно, мы тогда еще не знали, что в горах это связано с криогенным сползанием грунта по склонам моренных гряд и холмов. Этот процесс проявлялся в верхнем слое мощностью около метра, и чтобы выяснить истинную ориентировку, нам пришлось впоследствии углубляться в каменные толщи морен почти на 2 м.
Совокупность литологических методов дает возможность определить общие признаки ледниковых отложений или, иными словами, дать их точный «портрет». Одновременно открывается путь для дифференциации обломочного материала, поступающего в ледники из разных источников и перемещаемого в различных гляциодинамических обстановках. Тем самым мы можем установить эталоны для оценки масштабов экзарации.
Работы, проведенные на ледниках Кавказа, Тянь-Шаня и Шпицбергена, позволили выявить фоновые характеристики срединных морен. В них преобладают совершенно не обработанные льдом остроугольные камни, преимущественно уплощенной формы, нередко с коркой горного загара на поверхности. Уплощенность обломочного материала срединных морей, по-видимому, связана с особенностями физического выветривания коренных пород скального обрамления ледников. Для гранулометрического состава типично повышенное содержание гравия и песка, а более мелких частиц немного. Так, доля глинистой фракции в мелкоземе срединных морен редко превышает 1%. Эти выводы оказались справедливыми для срединных морен разных типов, материал которых перемещается как на поверхности, так и внутри ледников.
Рис. 12. Основные типы ориентировки удлиненных обломков
а — в мореносодержащем льду, б, в, г — в конечных моренах; стрелками показаны направления движения ледника
Следует обратить внимание на общее литологическое сходство материала внутренних и поверхностных морен с продуктами субаэрального выветривания, ссыпающимися на поверхность ледников с окружающих склонов. Вероятно, главные причины пассивной транспортировки материала внутренних морен сводятся к его дисперсному распределению во льду и к отсутствию в верхней толще ледников динамических напряжений, достаточных для дробления и истирания камней. Действительно, для верхних частей ледников характерны относительно небольшие вертикальные градиенты скоростей движения льда. В этих условиях обломки транспортируются практически во взвешенном состоянии, и они не испытывают сильных динамических воздействий, которые могут возникать за счет перепада скоростей движения льда у верхних и нижних граней. Поэтому даже вокруг крупных валунов во внутренних частях ледников практически не встречаются гляциодинамические текстуры уплотнения слоев льда. В этой связи становится понятным отсутствие в составе коротких срединных морен обломков с такими характерными индикаторами ледниковой обработки, как штрихи, шрамы, борозды и сколы.
Объективности ради заметим, что гляциологическая информация, извлекаемая из литологических анализов поверхностных и внутренних морен, в определенной степени дублируется и независимо подтверждается другими методами. Совершенно иная ситуация возникает при литологическом изучении донных морен, поскольку в этом случае возможности применения других методов ограничены.
Реконструкция процессов, происходящих в придонных частях ледников, и особенно механизмов взаимодействия ледников с ложем по-прежнему остается одной из наиболее дискуссионных проблем в современной гляциологии. В этом отношении комплексное литологическое изучение морен особенно перспективно, так как оно может предоставить конкретную информацию.
Каменный материал, перемещаемый в базальных частях ледников, по литологическим показателям существенно отличается от обломков в поверхностных и внутренних моренах. В мореносодержащем льду преобладают окатанные и отшлифованные обломки изометричных форм. На поверхности многих камней хорошо заметны свежие штрихи, царапины, шрамы. Некоторые камни расколоты. В отличие от поверхностных морен в мореносодержащем льду заметно возрастает содержание мелкозема, причем доля глинистых и алевритовых частиц (менее 0,1 мм) нередко достигает 10—15% общего веса частиц размером менее 10 мм. На гистограммах гранулометрического состава мелкозема выделяется характерный пик содержания мелкозернистого песка.
